Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất indenoisoquinolin có hình thành từ phản ứng giữa Indeno[1,2-c]Isochromen-5,11-đion và các amin bậc 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất indenoisoquinolin có hình thành từ phản ứng giữa Indeno[1,2-c]Isochromen-5,11-đion và các amin bậc 1 bằng các phương pháp hóa lý hiện đại, đây sẽ là cơ sở khoa học giá trị cho việc nghiên cứu mối liên quan giữa cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất indenoisoquinolin có hình thành từ phản ứng giữa Indeno[1,2-c]Isochromen-5,11-đion và các amin bậc 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ THU HÀ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ DẪN XUẤT INDENOISOQUINOLIN HÌNH THÀNH TỪ PHẢN ỨNG GIỮA INDENO[1,2-C]ISOCHROMEN-5,11-ĐION VÀ CÁC AMIN BẬC 1 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2018
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ THU HÀ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ DẪN XUẤT INDENOISOQUINOLIN HÌNH THÀNH TỪ PHẢN ỨNG GIỮA INDENO[1,2-C]ISOCHROMEN-5,11-ĐION VÀ CÁC AMIN BẬC 1 Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LỤC QUANG TẤN THÁI NGUYÊN - 2018
LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lục Quang Tấn – Giảng viên Phân hiệu Đại học Thái Nguyên tại tỉnh Lào Cai đã tin tưởng giao đề tài, định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Tôi xin gửi lời trân trọng cảm ơn tới GS.TS Nguyễn Văn Tuyến, TS Phạm Thế Chính cùng các thầy cô khoa Hóa học trường Đại học Khoa Học – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai nghiên cứu, thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo cùng các cán bộ, kĩ thuật viên phòng Hóa Dược thuộc viện Hóa học, Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai nghiên cứu và thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình tôi, bạn bè và đồng nghiệp của tôi - những người đã luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này. Hà nội,ngày 21 tháng 5 năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Thu Hà i
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................................iv DANH MỤC SƠ ĐỒ.......................................................................................................v DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................vi MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 Chương 1: TỔNG QUAN ...............................................................................................2 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc. ..................................................2 1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ...............................................2 1.1.2.Phương pháp phổ hồng ngoại (IR). ........................................................................5 1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) .......................................................................7 1.1.4. Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H .......................................9 1.1.5. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C ..........................................................15 1.1.6. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều 2D–NMR ...............................18 Chương 2: THỰC NGHIỆM .........................................................................................23 2.1. Hóa chất và thiết bị .................................................................................................23 2.1.1. Hóa chất và dung môi ..........................................................................................23 2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc ...............................................................23 2.1.3. Phân tích xác định cấu trúc, định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các sản phẩm tổng hợp được................................................................................................23 2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc các dẫn xuất indenosiquinolin ......................24 2.2.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 7...............................................................................24 2.2.2. Phân tích hợp chất 8 ............................................................................................27 2.2.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 9 .................................................28 Chương 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN ...........................................................................30 3.1 Sơ đồ chuẩn bị các mẫu phân tích ...........................................................................30 3.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 7..................................................................................30 3.2.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng phổ 1H-NMR ...............................................31 3.2.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng phổ 13C-NMR .............................................33 3.3. Phân tích cấu trúc indenoisoquinolin 8....................................................................34 3.3.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng phổ hồng ngoại (IR) ....................................34 ii
3.3.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng 1H-NMR ......................................................35 3.3.3. Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng 13C-NMR....................................................37 3.4. Phân tích cấu trúc hợp chất indenoisoquinolin 9 .....................................................41 3.4.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ hồng ngoại (IR) ....................................41 3.4.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR ........42 3.4.3. Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng 13C-NMR .....................................................43 KẾT LUẬN ...................................................................................................................45 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................46 PHỤ LỤC ......................................................................................................................50 iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 13 C- NMR: Nuclear Magnetic Resonance Spectroocopy 1 H-NMR: Proton Nuclear Magenetic Resonance Spectroocopy TLC(Thin Layer Sắc ký lớp mỏng(SKLM) Chromatography) IR(Infrared Phổ hồng ngoại Spectrocoppy) EI-MS(Electronic Phổ khối lượng Impact Mass Spectrocopy) HMBC Heterronuclear Multiple Bond Correlation HMQC Heterronuclear Multiple Quantum Corehence HSQC Heterronuclear Single Quantum Corehence HMBC: Heteronuclear Multiple-Bond Correlation TOCSY: Total Correlation Spectroscopy HMQC-TOCSY: Heteronuclear Multiple-Quantum Correlation with additional TOCSY transfer Hz Hertz COSY: Correlation Spectroscopy NOESY Nuclear Overhauser effect spectroscopy ROESY Rotational frame nuclear Overhauser effect spectroscopy COLOC Correlation spectroscopy for Long- Rang Couplings APT Attached Proton Test DEPT Distortioness Enhancement by Polarization Transfer iv
DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1: Sơ đồ chuẩn bị các mẫu phân tích ..................................................... 30 Sơ đồ 3.2 Tổng hợp indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion (7) ............................... 31 Sơ đồ 3.3. Sơ đồ tổng hợp indenoisoquinolin 8 ................................................... 34 Sơ đồ 3.4. Sơ đồ tổng hợp indenoisoquinolin 9. .................................................. 41 v
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Phổ 1H NMR của 1-xiclopentylbut-1-en-3-on ...................................... 5 Hình 1.2:Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1 ol.................................................. 6 Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzetothiazol ....................................................... 8 Hình 1.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của etylbenzen. Chiều cao bậc thang đường cong tích phân tỷ lệ với số proton ở mỗi nhóm ............................... 9 Hình 1.5. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của một số hợp chất ................... 11 Hình 1.6. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của 3-brom-2-tert-butoxithiophen ............................................................................................................................. 12 Hình 1.7. Phổ lý thuyết A2B................................................................................ 12 Hình 1.8. Phổ 1H-NMR của 1,3,4-tribrombut-1-in ............................................. 13 Hình 1.9. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của stirenoxit ............................. 13 Hình 1.10 Phổ lí thuyết hệ ABX với JAX và JBX a) ngược dấu, b) cùng dấu ... 14 Hình 1.11. Phổ lý thuyết A2B2 ............................................................................ 15 Hình 1.12. Phổ CHTN–13C có tương tác C–H (a) và xóa tương tác C–H (b) .... 17 Hình 1.13. Phổ 2DJ-13C-NMR của hexan ........................................................... 19 Hình 3.1. Phổ 1H-NMR của hợp chất 7............................................................... 31 Hình 3.2. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 7 .............................................. 32 Hình 3.3. Phổ 13C-NMR của hợp chất 7 ............................................................. 33 Hình 3.4. Phổ 13C-NMR giãn rộng của hợp chất 7 ............................................. 33 Hình 3.5: Phổ IR của hợp chất 8 ......................................................................... 35 Hình 3.6. Phổ 1H-NMR của hợp chất 8............................................................... 36 Hình 3.7. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 8 .............................................. 37 Hình 3.8. Phổ 13C-NMR của hợp chất 8 ............................................................. 38 Hình 3.9. Phổ HMBC giãn của hợp chất 8 ......................................................... 39 Hình 3.10. Phổ HMBC giãn vùng cacbon thơm của hợp chất 8......................... 40 Hình 3.11. Phổ HSQC giãn của hợp chất 8......................................................... 40 Hình 3.12. Phổ IR của hợp chất 9 ....................................................................... 41 Hình 3.13. Phổ 1H-NMR của hợp chất 9............................................................. 42 Hình 3.14. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 9 ............................................ 43 Hình 3.15. Phổ 13C-NMR của hợp chất 9 ........................................................... 43 vi
MỞ ĐẦU Trong cơ thể sống, enzym topoisomerase xúc tác cho nhiều thay đổi về cấu trúc của DNA, tạo điều kiện cho những quá trình sinh lý quan trọng diễn ra bên trong tế bào như phiên mã, sao mã và phân ly vào nhiễm sắc thể. Topoisomease là những đích hiệu quả trong chống ung thư do enzym này hoạt động rất mạnh ở các tế bào đang tăng sinh đặc biệt là các tế bào ung thư [5,7,19,20,21]. Indenoisoquinoline là nhóm chất thể hiện hoạt tính ức chế topoisomerase I, do có đặc tính ổn định, không bị thủy phân, không gây độc giống như Camptothecin nên trong thời gian gần đây có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm cải thiện và nâng cao hoạt tính sinh học của các indenoisoquinolin, một số dẫn chất như Indotecan (2) và Indimitecan (3) đã được đưa vào nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II. Các hợp chất này có hoạt tính cao hơn so với thuốc hệ camptothecin nhưng không gây hiệu ứng phụ, đặc biệt bền, không bị thủy phân vì không có vòng lacton [6,9,10,12, 14, 15]. Ngày nay, với việc ứng dụng các phương pháp hóa lý hiện đại vào xác định cấu trúc của các hợp chất phức tạp đã góp phần làm sáng tỏ những hoạt tính sinh học của chúng [5÷25]. Do đó, đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất indenoisoquinolin có hình thành từ phản ứng giữa Indeno[1,2-c]Isochromen-5,11-đion và các amin bậc 1 bằng các phương pháp hóa lý hiện đại, đây sẽ là cơ sở khoa học giá trị cho việc nghiên cứu mối liên quan giữa cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học. 1
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc. 1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (phổ CHTHN) viết tắt của tiếng Anh là NMR (nuclear Magnetic Resonance) là một phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu tạo của các hợp chất hữu cơ, nó có ý nghĩa quan trọng để xác định cấu tạo các hợp chất hữu cơ phức tạp như các hợp chất thiên nhiên, các thuốc chữa bệnh, các chất trong thành phần dầu mỏ. Phương pháp phổ biến được sử dụng là CHTHN- 1H và phổ CHTHN- 13C. Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13 C có momen từ. Nếu đặt proton trong từ trường không đổi thì moment từ của nó có thể định hướng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường. Đó là spin hạt nhân có tính chất lượng tử với các số lượng tử +1/2 và -1/2 [2]. Độ chuyển dịch hoá học Hằng số chắn và từ trường hiệu dụng: Hằng số chắn xuất hiện do hai nguyên nhân: - Hiệu ứng nghịch từ: các điện tử bao quanh nguyên tử sinh ra một từ trường riêng, ngược chiều với từ trường ngoài nên làm giảm tác dụng của nó lên hạt nhân nguyên tử. Lớp vỏ điện tử càng dày đặc thì từ trường riêng ngược chiều với từ trường ngoài càng lớn tức hằng số chắn càng lớn. - Hiệu ứng thuận từ: bao quanh phân tử là lớp vỏ điện tử, các điện tử này chuyển động sinh ra một dòng điện vòng, do đó xuất diện một từ trường riêng có hướng thay đổi ngược hướng hoặc cùng hướng với từ trường ngoài. Tập hợp tất cả các điểm trên các đường sức mà tại đó tiếp tuyến vuông góc với từ trường ngoài sẽ tạo nên một mặt parabol. Phía trong mặt parabol, từ trường tổng hợp nhỏ hơn B0 vì từ trường riêng ngược hướng với từ trường ngoài, còn phía ngoài parabol thì từ trường tổng hợp lớn hơn B0 vì từ trường riêng cùng hướng với từ trường ngoài. Do đó hằng số chắn phía ngoài parabol nhỏ còn phía trong thì có 2
hằng số chắn lớn nghĩa là độ chuyển dịch học cùng các proton nằm phía ngoài parabol sẽ lớn còn phía trong sẽ nhỏ Độ chuyển dịch hóa học : Đối với các hạt nhân trong phân tử càng phức tạp trong nguyên tử do ảnh hưỏng của các đám mây electron của các nguyên tử bên cạnh. Độ chuyển dịch hóa học của 13C trong các hợp chất hữu cơ biến đổi trong khoảng từ 0-230ppm (so với TMS) tức là lớn gấp 20 lần so với sự biến đổi độ chuyển dịch hóa học của 1H. TMS là chất có hằng số chắn lớn nhất nên dùng nó làm chất chuẩn để đo độ chuyển dịch hoá học.Đối với hạt nhân 1H thì: 0 H TMS TMS H  Ở đây, σ TMS là hằng số chắn của chất chuẩn TMS (tetrametylsilan), σH là hằng số chắn của hạt nhân mẫu đo, ν TMS ν H là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu đo. Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tuỳ thuộc vào vị trí của hạt nhân 1H và 13 C trong phân tử khác nhau mà mật độ electron bao quanh nó khác nhau dẫn đến chúng có giá trị hằng số chắn σ khác nhau và do đó độ chuyển dịch hoá học của mỗi hạt nhân khác nhau. Tổng quát: δ = σTMS – σX σX: hằng số chắn của chất cần đo. δ không có thứ nguyên mà được tính bằng phần triệu (ppm). Đối với phổ CHTHN 1H thì δ có giá trị từ 1 đến 12 ppm còn phổ 13C thì δ có giá trị từ 0 đến 220ppm. Vậy độ chuyển dịch hoá học δ là đại lượng đặc trưng cho những hạt nhân cùng loại của một đồng vị bị che chắn tương đương nhau trong một hợp chất. Nó không phụ thuộc vào thiết bị bên ngoài (cường độ từ trường hay tần số sóng) không có thứ nguyên và được tính bằng ppm Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau. Đặc trưng cho các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:  TMS  x 6  .10 ( ppm) o Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn TMS và của hạt nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ. 3
Đối với các hạt nhân khác thì độ chuyển dịch hóa học được định nghĩa một các tổng quát như sau:  chuan  x 6  .10 ( ppm) o Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ. Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tùy thuộc vào vị trí của hạt nhân 1H và 13C trong phân tử khác nhau mà mật độ electron bao quanh nó khác nhau dẫn đến chúng có giá trị hằng số chắn σ khác nhau và do đó độ chuyển dịch hóa học của mỗi hạt nhân khác nhau. Theo đó proton nào cộng hưởng ở trường yếu hơn sẽ có độ chuyển dịnh hóa học lớn hơn [1]. Dựa vào độ chuyển dịch hóa học  ta biết được loại proton nào có mặt trong chất được khảo sát. Giá trị độ chuyển dịch hóa học không có thứ nguyên mà được tính bằng phần triệu (ppm). Đối với 1H-NMR thì δ có giá trị từ 0-12 ppm, đối với 13C-NMR thì δ có giá trị từ 0-230 ppm Hằng số tương tác spin-spin J: Trên phổ NMR, mỗi nhóm hạt nhân không tương đương sẽ thể hiện bởi một cụm tín hiệu gọi và vân phổ, mỗi vân phổ có thể bao gồm một hoặc nhiều hợp phần. Nguyên nhân gây nên sự tách tín hiệu cộng hưởng thành nhiều hợp phần là do tương tác của các hạt nhân có từ tính ở cạnh nhau. Tương tác đó thể hiện qua các electron liên kết. Giá trị J phụ thuộc vào bản chất của hạt nhân tương tác, số liên kết và bản chất các liên kết ngăn giữa các tương tác [1]. Hằng số tương tác spin-spin J được xác định bằng khoảng cách giữa các hợp phần của một vân phổ. Dựa vào hằng số tương tác spin-spin J ta có thể rút ra kết luận về vị trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau [2]. Ở hợp chất VIII, hai proton Hc và Hd ứng với kí hiệu A và B, proton Hb ứng với kí hiệu X. Vân cộng hưởng của proton Hd ở 6,67 ppm bị tách thành 4 hợp phần với Jcd=16Hz và Jbd= 8Hz. Proton Hc cộng hưởng ở trường mạnh hơn ,6,05 ppm . Tín hiệu của Hc cũng là một vân bốn. Ở vân này cũng xác định được Jcd=16 Hz và 4
Jbc= 1Hz. Sở dĩ giá trị Jbc nhỏ vì đó là tương tác truyền qua 4 liên kết (trong đó có một liên kết đôi). Proton Hb không những tương tác với Hc, Hd mà còn tương tac với hai nhóm metylen trong vòng xiclopentan. Tín hiệu của Hb thể hiện ở vân bội ở khoảng 2,6 ppm.Tín hiệu của proton khác trong vòng xiclopentan thể hiện bởi một vân “béo” ở khoảng 1,7 ppm. Tín hiệu của nhóm metyl (a) thể hiện bởi một vân đơn ở 2,23 ppm.(hình bên dưới) Hình 1.1: Phổ 1H NMR của 1-xiclopentylbut-1-en-3-on 1.1.2.Phương pháp phổ hồng ngoại (IR). Khi các phân tử hấp thụ năng lượng từ bên ngoài có thể dẫn đến quá trình quay, dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó. Tùy theo năng lượng kích thích lớn hay nhỏ có thể xảy ra quá trình quay, dao động hay cả quay và dao động đồng thời. Để kích thích các quá trình trên có thể sử dụng tia sáng vùng hồng ngoại (phổ hồng ngoại) hoặc tia khuyếch tán Raman (phổ Raman). Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bước sóng khoảng 10-4 đến 10-6 m. Nó nằm giữa vi sóng và ánh sáng khả kiến. Phần của vùng hồng ngoại được sử dụng nhiều nhất để xác định cấu trúc nằm trong giữa 2,5x10-4 và 16x10-6 m. Đại lượng được sử dụng nhiều trong phổ hồng ngoại 5
là số sóng (cm-1), ưu điểm của việc dùng số sóng là là chúng tỷ lệ thuận với năng lượng [3]. Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạ hồng ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao động cao hơn. Có 2 lại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hóa trị và biến dạng, dao động hóa trị (ν) là dao động làm thay đổi độ dài liên kết, dao động biến dạng (δ) là dao động làm thay đổi góc liên kết. Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ hấp thụ bức xạ hồng ngoại của một chất vào số sóng hoặc bước sóng chính được gọi là phổ hấp thụ hồng ngoại. Máy phổ hồng ngoại có thể đo được các mẫu ở thể khí, lỏng, rắn nhưng thông thường nhất được chuẩn bị là dạng rắn và dạng lỏng. Chất rắn thường được nghiền nhỏ với KBr rồi ép thành viên mỏng. Chất lỏng được đo ở dạng màng lỏng hoặc pha trong dung môi như CCl4, CHCl3. Ở phổ hồng ngoại, trục nằm ngang biểu diễn bước sóng (tính ra µm) hoặc số sóng tính ra cm-1. Ở hình, trục nằm ngang phía trên biểu diễn bước sóng, trục nằm ngang phía dưới biểu biễn số sóng, trục thẳng đứng biểu diễn phần trăm truyền qua Hình 1.2:Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1 ol Sự hấp thụ hồng ngoại của một chất thường tập trung vào những vùng hẹp tạo ra các vân hấp thụ ( hình 1.2) có rất nhiều vân hấp thụ như vân a, b, c, d, e, g, h. Vân phổ hồng ngoại có ba đặc trưng cần được mô tả là: vị trí của vân phổ được chỉ bởi bước sóng hoặc số sóng của đỉnh phổ; cường độ của vân phổ hồng ngoại thường được đánh giá theo diện tích của vân phổ: vân phổ càng rộng và càng cao thì có 6
cường độ càng lớn; hình dáng vân phổ: để mô tả người ta cần chỉ rõ đó là vân phổ rộng(tù) hay hẹp (mảnh), chỉ có một đỉnh hay có nhiều đỉnh phổ. Căn cứ vào phổ hồng ngoại đo được đối chiếu với các dao động đặc trưng của các liên kết, ta có thể nhận ra sự có mặt của các liên kết trong phân tử. Một phân tử có thể có nhiều dao động khác nhau và phổ hồng ngoại của các phân tử khác nhau thì khác nhau, tương tự như sự khác nhau của các vân ngón tay. Sự chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thường được làm dẫn chứng cho hai hợp chất giống nhau[3]. Khi sử dụng phổ hồng ngoại để xác định cấu trúc, thông tin thu được chủ yếu là xác định các nhóm chức hữu cơ và những liên kết đặc trưng. Các pic nằm trong vùng từ 4000 – 1600 cm-1 thường được quan tâm đặc biệt, vì vùng này chứa các dải hấp thụ của các nhóm chức, như OH, NH, C=O, C≡N… nên được gọi là vùng nhóm chức. Vùng phổ từ 1300 – 626 cm-1 phức tạp hơn và thường được dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn là để xác định nhóm chức. Chính ở đây các dạng pic thay đổi nhiều nhất từ hợp chất này đến hợp chất khác, vì thế vùng phổ từ 1500 cm-1 được gọi là vùng vân ngón tay [3]. 1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) Nếu như trong các phương pháp phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân ,người ta giữ nguyên phân tử để nghiên cứu thì ở phương pháp phổ khối lượng người ta phá hủy chất phân tử để nghiên cứu chúng Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử trung hòa thành ion phân tử và các mảnh ion dương có số khối z=m/e. Sau đó phân tách các ion này theo số khối và ghi nhận được phổ khối lượng. Dựa vào phổ khối này có thể xác định phân tử khối và cấu tạo phân tử của chất nghiên cứu [3,4]. Để phá vỡ phân tử người ta có nhiều phương pháp: bắn phá bằng dòng electron (EI), phương pháp ion hóa hóa học (CI), phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh (FAB)… Dùng dòng eclectron có năng lượng cao để bắn phá phân tử là phương pháp hay được sử dụng nhất. Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu 7
cơ trung hòa sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc bị phá vỡ thành các ion và các gốc theo sơ đồ: ABC 2e (1) > 95% ABC e 2 ABC 3e (2) - ABC Sự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm hơn 95%, còn lại là các ion mang điện tích +2 và điện tích âm (-). Năng lượng bắn phá các phân tử thành ion phân tử khoảng 10 eV. Nhưng với năng lượng cao thì ion phân tử có thể phá vỡ thành các mảnh ion dương (+), hoặc các ion gốc, các gốc, hoặc phân tử trung hòa nhỏ hơn, nên người ta thường thực hiện bắn phá các phân tử ở mức năng lượng 70 eV [3]. ABC A BC ABC AB B AB A B Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá. Quá trình này gọi là quá trình ion hóa. Các ion ion dương hình thành đều có khối lượng m và mang điện tích e, tỉ số m/e được gọi là số khối z. Bằng cách nào đó tách các ion có số khối khác nhau ra khỏi nhau và xác định được xác suất có mặt của chúng, rồi vẽ đồ thị biểu diễn mối liên quan giữa xác suất có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì đồ thị này được gọi là phổ khối lượng (Hình 1.3). Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzetothiazol 8
Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng là quy kết cho mỗi pic trên phổ một mảnh phân tử xác định và chỉ rõ sự tạo thanh ion mảnh đó, từ đó rút ra những kết luận về cấu tạo của phân tử chất. Để xác định cấu tạo những mảnh có khối lượng lớn có ý nghĩa quan trọng hơn những mảnh nhỏ. Những pic có cường độ lớn là những pic ứng với các ion tạo thành với xác xuất cao khi phân mảnh, nên cần được xem xét đầy đủ. Các yếu tố chi phối sự phân mảnh và các cách phân mảnh đầu tiên đặc trưng cho mỗi loại hợp chất được xem xét đầy đủ, người ta thu được khối lượng phân tử của chất nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xác định được cấu trúc phân tử và tìm ra qui luật phân mảnh. Đây là một trong những thông số quan trọng để qui kết chính xác cấu trúc phân tử của một chất cần nghiên cứu khi kết hợp nhiều phương pháp phổ với nhau. 1.1.4. Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H 1.1.4.1. Cường độ vạch phổ Diện tích giới hạn bởi đường cong phổ tỷ lệ với số proton của mỗi nhóm, nhưng việc đo diện tích này khó chính xác. Người ta sử dụng đường cong tích phân để xác định tỷ lệ số proton của mỗi nhóm, vì chiều cao của bậc thang tỷ lệ với số proton ở mỗi nhóm. Ngoài ra, chiều cao bậc thang còn tỷ lệ với nồng độ chất trong dung dịch, do đó người ta có thể tính được nồng độ chất dựa vào đường chuẩn và chất chuẩn.[4] Hình 1.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của etylbenzen. Chiều cao bậc thang đường cong tích phân tỷ lệ với số proton ở mỗi nhóm 9
Các phổ cộng hưởng từ nhân 1H hiện nay, thay vì đường cong tích phân cho số liệu tỷ lệ proton của mỗi nhóm ở chân mỗi tín hiệu phía dưới phổ, nhìn các số liệu này có thể dự đoán được số proton có mặt ở mỗi nhóm trong phân tử và xác định tổng số proton trên phổ có phù hợp với tổng số proton trong công thức dự đoán không. Các chữ số ở phía dưới phổ chỉ số proton tương ứng của mỗi nhóm tín hiệu phổ, tương đương với tỷ lệ chiều cao bậc thang ở đường cong tích phân. Các chữ số phía trên cho các giá trị độ chuyển dịch hóa học của các tín hiệu, các nhóm tín hiệu cộng hưởng trên phổ đều là multiplet (bội đỉnh) do sự tương tác của các nhóm proton ở nguyên tử cacbon gần nhau gây ra . 1.1.4.2. Phân loại phổ Khi trong phân tử có các nhóm hạt nhân tương tác với nhau, người ta kí hiệu các hạt nhân đó bằng các chữ cái A, B, C,..., M, X. Các hạt nhân có độ chuyển dịch hoá học như nhau gọi là các hạt nhân tương đương và được kí hiệu bằng một loại chữ cái, có chỉ số ở dưới bên phi chữ cái đó để chỉ số hạt tương đương. A  B Nếu tỷ số  1 thì các hạt nhân được kí hiệu bằng các chữ cái cách J AB xa nhau, như AX, AX2,... còn trường hợp khác được kí hiệu bằng các chữ cái liền nhau như AB, A2B, ABC,...  Trường hợp  6 thì xếp vào phổ bậc 1, còn lại xếp vào phổ bậc cao. J Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân là để tìm các giá trị độ chuyển dịch hoá học và hằng số tương tác J cho mỗi proton. a) Phân tích phổ bậc 1 Đối với phổ bậc 1, có thể áp dụng quy tắc số vạch tối đa bằng n + 1 (n là số hạt nhân nhóm bên cạnh tương tác) và tỷ lệ chiều cao các đỉnh trong một nhóm tuân theo quy tắc Pascan: 10
Tû lÖ chiÒu cao c¸c Sè v¹ch trong nhãm v¹ch trong mçi nhãm cã t¬ng t¸c 0 1 1 1 1 2 1 2 1 3 1 3 3 1 4 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 5 Hệ phổ bậc 1 thường gặp có dạng AmXn và AmMnXy. Các hệ phổ AX có thể tìm thấy số đỉnh của mỗi nhóm dễ dàng và hằng số tương tác J (khoảng cách giữa hai đỉnh liền nhau), và tần số A hay X (điểm giữa hai đỉnh xa nhau nhất trong nhóm). Dưới đây là một số ví dụ (hình 1.5). Am Xn Sè ®Ønh: n+1 m+1 AX Cl 2 CH-CHBr2 A 2X Cl 2 CH-CH 2 Br A 3X CH 3 -CH=O A 6X CH 3 -CH-CH 3 NO2 Hình 1.5. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của một số hợp chất b) Phổ bậc cao AB, AB2, và ABX Phổ AB 11
 Các phổ được xếp vào hệ phổ bậc cao có  6 đơn giản nhất là hệ AB và J ABX. Để tìm các thông số  và J trực tiếp trên phổ như hệ phổ bậc 1, ta xét ví dụ phổ cộng hưởng từ nhân proton của 3–brom–2-tert–butoxitiophen (hình 1.6) thuộc hệ phổ AB gồm hai cặp nhóm đỉnh, các thông số được tính theo công thức: AB = 0,5(2 + 3 )  AB  ( 1   4 )(  2   3 ) A = AB + AB / 2 (Hz) A = AB – AB / 2 (Hz) Hình 1.6. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của 3-brom-2-tert- butoxithiophen Phổ A2B Hình 1.7. Phổ lý thuyết A2B 12